年產(chǎn)150萬(wàn)噸焦化廠溶劑萃取脫酚工段的初步設(shè)

摘要焦化廢水是煤在高溫干餾過(guò)程中以及煤氣凈化、化學(xué)產(chǎn)品精制過(guò)程中形成的廢水，其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等幾十種污染物，成分復(fù)雜，污染物濃度高、色度高、毒性大，性質(zhì)非常穩(wěn)定，是一種典型的難降解有機(jī)廢水。它的大量排放給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重污染，有害于人類健康及生物的生長(zhǎng)繁殖，并且影響經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)開(kāi)展。同時(shí)酚類物質(zhì)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面又有著廣泛的應(yīng)用。因此從廢水中回收酚類化合物是變廢為寶的環(huán)保工程。本設(shè)計(jì)采用溶劑萃取脫酚法，以二異丙基醚作為萃取劑，采用精餾法再生。在設(shè)計(jì)中主要探討了高濃度含酚廢水的處理工藝、進(jìn)行了主要設(shè)備的選型和計(jì)算，完成了溶劑萃取脫酚工段的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，流程圖、脈沖萃取塔裝配圖、平面布置圖等相關(guān)任務(wù)。關(guān)鍵詞含酚廢水萃取脫酚異丙醚精餾再生目錄摘要I第1章概述11.1設(shè)計(jì)的目的和意義11.2粗酚的質(zhì)量指標(biāo)、市場(chǎng)需求、價(jià)格1粗酚的質(zhì)量指標(biāo)1市場(chǎng)需求11.2.3產(chǎn)品價(jià)格分析及預(yù)測(cè)41.3粗酚的組成及物性參數(shù)41.4設(shè)計(jì)地區(qū)的氣候條件錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。氣象條件錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。地震烈度錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。第2章工藝論證52.1工藝路線論證5萃取脫酚原理5含酚廢水的處理方法5工藝參數(shù)142.2工藝設(shè)備論證14萃取塔設(shè)備的選擇14再生塔設(shè)備的選擇162.3萃取劑的性能及其選擇依據(jù)17萃取劑的性能172.3.2萃取劑選擇條件172.4工藝流程182.5影響萃取效率的因素19油水體積比19萃取溫度19廢水的pH值20萃取混合時(shí)的震蕩頻率(攪拌強(qiáng)度)20第3章工藝詳述203.1工藝原理203.2工藝流程213.3溶劑脫酚的操作制度24第4章工藝計(jì)算254.1產(chǎn)品產(chǎn)量及原料消耗25根底數(shù)據(jù)25異丙醚溶劑油耗量254.2脈沖萃取塔參數(shù)計(jì)算[15]26塔板數(shù)26篩板結(jié)構(gòu)參數(shù)27處理能力的計(jì)算29塔徑的計(jì)算30塔高的計(jì)算32萃取塔軸功率32氨水溢流管354.3精餾再生塔計(jì)算[16]37精餾塔的物料衡算37塔板數(shù)確實(shí)定38精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算40精餾塔的塔體工藝尺寸的計(jì)算44塔板主要工藝尺寸的計(jì)算47篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算50塔板負(fù)荷性能圖554.4氨水冷卻器644.5復(fù)蒸釜及柱65再生釜65蒸餾柱664.6帶油水別離器的冷凝冷卻器66精餾加熱用蒸汽量66冷卻器664.7儲(chǔ)槽的計(jì)算67原料氨水槽67脫酚后油水別離器67氨水中間槽67循環(huán)溶劑油槽68新溶劑油槽68乳化物槽68焦油中間槽68地下放空槽68揚(yáng)液槽684.8泵的選取69原料氨水泵69循環(huán)溶劑油泵69精酚泵69脫酚后氨水泵69送焦油泵69乳化物泵69液下泵70第5章廠區(qū)布置說(shuō)明725.1廠房布置原那么725.2設(shè)備布置方案72第6章非工藝局部設(shè)計(jì)746.1車間定員74崗位根本任務(wù)74崗位根本職責(zé)74崗位定員746.2儀表安裝考前須知756.3消防器械的管理756.4防火防爆等級(jí)766.5土建766.6產(chǎn)品運(yùn)輸考前須知76第7章技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析777.1投資估算777.1.1征地費(fèi)777.1.2建筑面積費(fèi)用777.1.3設(shè)備費(fèi)777.1.4設(shè)備安裝及管線費(fèi)78電氣儀表費(fèi)〔含安裝費(fèi)〕78技術(shù)開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)讓費(fèi)〔含人工培訓(xùn)費(fèi)〕78不可預(yù)見(jiàn)費(fèi)78固定資產(chǎn)投資78建設(shè)期利息〔一年計(jì)〕78固定資產(chǎn)總投資79流動(dòng)資金79工程總投資797.2本錢核算79單耗79動(dòng)力消耗79加工費(fèi)80設(shè)備維修折舊費(fèi)80車間本錢80工廠管理費(fèi)80工廠本錢81銷售費(fèi)用81年銷售本錢81年銷售稅金81年銷售利潤(rùn)(毛利潤(rùn))：81年所得稅81年純利潤(rùn)817.3經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估81投資回收期〔靜態(tài)〕82投資利潤(rùn)率〔年〕83投資利稅率83參考文獻(xiàn)86第1章概述1.1設(shè)計(jì)的目的和意義酚是一種芳香族碳?xì)浠衔锏暮跹苌?。酚類化合物種類繁多,有苯酚、甲酚、氨基酚、硝基酚、萘酚、氯酚等,其中苯酚、甲酚污染最突出。含酚廢水是危害十分嚴(yán)重的工業(yè)廢水之一。酚類物質(zhì)對(duì)生物活體均能產(chǎn)生毒害，它可通過(guò)皮膚及粘膜的接觸而吸入或經(jīng)口腔侵入體內(nèi)，與細(xì)胞原漿中蛋白質(zhì)接觸后，形成不溶性蛋白質(zhì)，使細(xì)胞失活。一般低濃度酚可使蛋白質(zhì)變性，高濃度酚那么使蛋白質(zhì)凝固，并繼續(xù)向體內(nèi)滲透，引起組織損傷、壞死乃至使生物體中毒。因此，如何合理而有效地處理含酚廢水是環(huán)境保護(hù)及綜合利用的重要研究課題。[1-2]隨著近代化學(xué)工業(yè)的迅猛開(kāi)展,對(duì)酚類物資的需求量日益增加。酚類物資的用途十分廣泛,利用酚可以制作酚醛樹(shù)脂、黏合劑、增塑劑、炸藥、染料、顏料、殺菌劑、防腐劑、醫(yī)藥、香料、合成纖維等等,總之酚類物質(zhì)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面有著廣泛應(yīng)用,因此,回收廢水中的酚既到達(dá)了凈化含酚廢水的目的,同時(shí)又變廢為寶,利用回收的酚為我們?nèi)祟愋?。從這些含酚廢水中提取酚類物質(zhì)既可回收利用資源，又可減少環(huán)境污染。真正實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益三者的統(tǒng)一。1.2粗酚的質(zhì)量指標(biāo)、市場(chǎng)需求、價(jià)格1.2.1粗酚的質(zhì)量指標(biāo)：含酚95%以上；溶劑油<1%1.2.2市場(chǎng)需求：近十年來(lái)我國(guó)苯酚的市場(chǎng)需求迅速增長(zhǎng)。1998年國(guó)內(nèi)表觀消費(fèi)量為25.2萬(wàn)t,2004年到達(dá)69.0萬(wàn)t，年均增長(zhǎng)14.5%，高于同期GDP增長(zhǎng)速度。酚醛樹(shù)脂是日前國(guó)內(nèi)苯酚最主要的消費(fèi)領(lǐng)域，約占消費(fèi)總量的60%。隨著我國(guó)汽車、電子、建筑及冶金等工業(yè)的快速開(kāi)展.對(duì)酚醛樹(shù)脂的需求大幅增長(zhǎng)。而國(guó)內(nèi)產(chǎn)量特別是局部中高檔產(chǎn)品的產(chǎn)量仍無(wú)法滿足市場(chǎng)需求。每年均有較大數(shù)量的進(jìn)口。2004年國(guó)內(nèi)酚醛樹(shù)脂的凈進(jìn)口量為7.57萬(wàn)t折苯酚當(dāng)量消費(fèi)約6.2萬(wàn)t。1.國(guó)外市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)2023年，世界苯酚消費(fèi)量到達(dá)855.6萬(wàn)噸，其中44%用于生產(chǎn)雙酚A，27%用于生產(chǎn)酚醛樹(shù)脂，雙酚A繼續(xù)拉動(dòng)苯酚消費(fèi)增長(zhǎng)。從地區(qū)來(lái)看，美國(guó)苯酚消費(fèi)量為203.4萬(wàn)噸，歐洲為232.3萬(wàn)噸，日本為85.2萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)今后幾年，世界苯酚的需求量將以年平均3.4%的速度增長(zhǎng)，到2023年總需求量將到達(dá)1012.0萬(wàn)噸，其中，雙酚A和酚醛樹(shù)脂仍將是苯酚最主要的需求領(lǐng)域，將分別占總需求量的46%和27%。2023年世界主要國(guó)家或地區(qū)苯酚消費(fèi)結(jié)構(gòu)見(jiàn)下表1-1,2023年世界主要國(guó)家或地區(qū)苯酚需求預(yù)測(cè)見(jiàn)下表1-2.表1-12023年世界主要國(guó)家或地區(qū)苯酚消費(fèi)構(gòu)成消費(fèi)領(lǐng)域美國(guó)消費(fèi)量/萬(wàn)t消費(fèi)比例/%西歐消費(fèi)量/萬(wàn)t消費(fèi)比例/%日本消費(fèi)量/萬(wàn)t消費(fèi)比例/%雙酚A87.342.9102.944.350.158.8酚醛樹(shù)脂54.526.852.022.420.123.6己內(nèi)酰胺31.115.327.912.000烷基酚9.44.69.24.000其它21.110.440.317.315.017.6合計(jì)203.4100.0232.3100.085.2100.0表1-22023年世界主要國(guó)家或地區(qū)苯酚消費(fèi)構(gòu)成預(yù)測(cè)消費(fèi)領(lǐng)域美國(guó)消費(fèi)量/萬(wàn)t消費(fèi)例/%西歐消費(fèi)量/萬(wàn)t消費(fèi)比例/%日本消費(fèi)量/萬(wàn)t消費(fèi)比例/%雙酚A95.543.6113.045.652.562.0酚醛樹(shù)脂57.326.155.222.320.424.1己內(nèi)酰胺33.015.127.911.300烷基酚9.24.29.33.700其它24.211.042.317.111.813.9合計(jì)219.2100.0247.7100.084.7100.02.國(guó)內(nèi)市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)隨著市場(chǎng)的開(kāi)展和雙酚A及酚醛樹(shù)脂需求的拉動(dòng)，國(guó)內(nèi)苯酚的消費(fèi)量逐年增長(zhǎng)。2007年消費(fèi)量為83.0萬(wàn)噸，2023年增至99萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)19.3%。其消費(fèi)結(jié)構(gòu)如以下圖1:A-酚醛樹(shù)脂；B-雙酚A；C-水楊酸；D-壬基酚；E-其它圖1-1國(guó)內(nèi)苯酚消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖從總體上看，國(guó)內(nèi)苯酚市場(chǎng)消費(fèi)主要還是在傳統(tǒng)的樹(shù)脂行業(yè)，2023年，酚醛樹(shù)脂和雙酚A對(duì)苯酚的消費(fèi)量占其總消費(fèi)量的46.6%，未來(lái)3～5年，國(guó)內(nèi)苯酚主要需求亮點(diǎn)將來(lái)自雙酚A。預(yù)計(jì)到2023年，用于雙酚A的苯酚需求比例將從2023年的14%提高到24%，需求的年平均增長(zhǎng)率達(dá)21.8%；而酚醛樹(shù)脂、醫(yī)藥、農(nóng)藥等其它領(lǐng)域，在受到低附加值的本錢壓力和環(huán)保整治力度加強(qiáng)等外在因素影響下，預(yù)計(jì)對(duì)苯酚的需求增長(zhǎng)將保持在5%～7%，到2023年國(guó)內(nèi)苯酚市場(chǎng)的需求量將接近160萬(wàn)噸。2023年國(guó)內(nèi)苯酚的消費(fèi)情況及2023年消費(fèi)預(yù)測(cè)見(jiàn)下表3.表1-32023年國(guó)內(nèi)苯酚的消費(fèi)情況及2023年消費(fèi)預(yù)測(cè)消費(fèi)領(lǐng)域2023消費(fèi)量/萬(wàn)t消費(fèi)例/%2023消費(fèi)量/萬(wàn)t消費(fèi)比例/%2023年-2023年平均增長(zhǎng)率/%雙酚A14.014.037.523.921.8酚醛樹(shù)脂32.332.645.328.97.0農(nóng)藥4.04.05.73.77.3醫(yī)藥6.46.58.25.25.1烷基酚2.02.02.81.87.0其它40.340.957.236.55.9合計(jì)99.0100%156.7100.09.1%2023年，我國(guó)苯酚出口1113噸，比2007年增加714%。出口貿(mào)易最多的是印度，占出口比例的92.2%；其次是韓國(guó)，占出口比例的3.5%。1.2.3產(chǎn)品價(jià)格分析及預(yù)測(cè)1.國(guó)外市場(chǎng)產(chǎn)品價(jià)格及變化情況2023年上半年，亞洲苯酚價(jià)格根本維持在1630-1680美元/t，六月至八月有小幅上升，最高到達(dá)1800美元/t;從2023年九月至2023年1月，亞洲苯酚價(jià)格一直呈下降趨勢(shì)，最低點(diǎn)降到520美元/t,從2023年2月開(kāi)始，亞洲苯酚價(jià)格開(kāi)始緩慢上升，到2023年底升至1180美元/t。2.國(guó)內(nèi)市場(chǎng)產(chǎn)品價(jià)格及變化情況2023年1月～7月，國(guó)內(nèi)苯酚價(jià)格在13800～15000元/t之間徘徊，波動(dòng)較小，受世界金融危機(jī)影響，從8月開(kāi)始，苯酚價(jià)格呈回落趨勢(shì)，到2023年1月末已跌至4200元/t,之后緩慢上升，至2023年11月、12月到達(dá)10200元/t[3].1.3粗酚的組成及物性參數(shù)萃取脫酚得到的主要產(chǎn)品是粗酚，呈白色或無(wú)色，易潮解結(jié)晶，快狀，帶顯著氣味及鋒利灼燒味道，可溶于水，能溶于乙醇?？捎糜谏a(chǎn)合成纖維、農(nóng)藥、工程塑料和染料中間體。主要用于提取苯酚、鄰甲酚、間對(duì)甲酚、二甲酚、3,5-二甲酚等，是高級(jí)絕緣漆的溶劑，也是塑料、醫(yī)藥、防霉劑等行業(yè)的重要原料。

粗酚組成比擬復(fù)雜，含有苯酚及甲酚類，甲酚包括一甲酚、二甲酚和三甲酚；一甲酚有鄰甲酚、間甲酚和對(duì)甲酚；二甲酚有2,3-二甲酚、2,4-二甲酚、2,5-二甲酚、2,6-二甲酚、3,4-二甲酚、3,5-二甲酚，其中用量最大的是2,6-二甲酚；三甲酚主要包括2,3,6-三甲酚和2,4,6-三甲酚。由于粗酚組成復(fù)雜，各組份之間沸點(diǎn)非常接近，對(duì)其進(jìn)行加工別離工藝比擬復(fù)雜。目前我國(guó)粗酚的加工量還比擬低，主要是從中別離出苯酚、間甲酚、鄰甲酚等單組份以及混合甲酚、二甲酚。表1-4甲酚及二甲酚的物性參數(shù)如下表[4]化合物相對(duì)分子量〔kg/cm-3)相對(duì)密度〔kg/cm-3)沸點(diǎn)/℃熔點(diǎn)/℃外觀苯酚94.111.0708182.240.8針狀晶體鄰甲酚108.141.0465191.032.0晶體間甲酚108.141.0338202.710.8液體對(duì)甲酚108.141.0341202.536.5菱形晶體2,6-二甲酚122.17201.045.0針狀晶體2,4-二甲酚122.171.0276211.026.0針狀晶體2,5-二甲酚122.171.1690211.275.0針狀晶體3,4-二甲酚122.171.0230227.065.0針狀晶體第2章工藝論證焦化廢水是煤在高溫干餾過(guò)程中以及煤氣凈化、化學(xué)產(chǎn)品精制過(guò)程中形成的廢水，其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶和喹啉等幾十種污染物，成分復(fù)雜，污染物濃度高、色度高、毒性大，性質(zhì)非常穩(wěn)定，是一種典型的難降解有機(jī)廢水。目前焦化廢水一般按常規(guī)方法先進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行生物脫酚二次處理。但是，焦化廢水經(jīng)上述處理后，外排廢水中氰化物、COD及氨氮等指標(biāo)仍然很難達(dá)標(biāo)。針對(duì)這種情況，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量的研究工作，找到了許多比擬有效的焦化廢水治理技術(shù)。2.1工藝路線論證2.1.1萃取脫酚原理萃取法主要是利用難溶于水的萃取劑與廢水接觸，使廢水中的酚類化合物在從水相轉(zhuǎn)移到溶劑相中，從而到達(dá)酚類物質(zhì)與水別離的目的。2.1.2含酚廢水的處理方法酚水中所含酚、氰等均為有毒物質(zhì)，必須對(duì)酚水進(jìn)行妥善處理后才能外排。污水處理方法主要有以下幾種:〔1〕、物理法：蒸汽法吹脫、溶劑萃取、吸附、離子交換等。〔2〕、物理化學(xué)法：超聲波、電解氧化等?！?〕、化學(xué)氧化法：主要有臭氧氧化等?！?〕、生物化學(xué)法：活性污泥、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤氧化塘等?！?〕、污水重復(fù)使用1.氣提及蒸餾氣提法氣提法是根據(jù)揮發(fā)性酚類化合物與水蒸氣形成共沸化合物，利用酚在兩相中的濃度差將酚水別離，從而使水得以凈化。高濃度的含酚廢水可用氣提法處理，去除率在80％～85％。此種方法可回收酚，效率高，操作簡(jiǎn)單，但對(duì)不揮發(fā)性酚不能使用。蒸汽脫酚原理是利用含酚廢水中揮發(fā)性酚可與水蒸汽形成共沸混合物的特性，當(dāng)揮發(fā)性酚的蒸汽壓與水蒸汽的蒸汽壓之和超過(guò)外界壓力時(shí)，含酚廢水就開(kāi)始沸騰，并促進(jìn)揮發(fā)性酚由液態(tài)轉(zhuǎn)入氣態(tài)。同時(shí)，由于酚在氣態(tài)中的平衡濃度大于酚在水中的平衡濃度，當(dāng)含酚廢水被加熱至95—100℃時(shí)，使其從脫酚塔頂部向下噴淋，與從塔底向上水蒸汽中，從而到達(dá)含酚廢水凈化的目的。然后，用濃度為8—15％的氫氧化鈉堿液洗滌吸收蒸汽中的酚，含少量殘酚的廢水再輸入電化學(xué)電解設(shè)備進(jìn)一步脫酚處理后循環(huán)使用。據(jù)報(bào)道，俄羅斯研制的蒸汽脫酚和電化學(xué)電解脫酚組合式水處理工藝，可將高濃度含酚廢水處理到達(dá)循環(huán)利用的水平。蒸汽脫酚過(guò)程中，該設(shè)備可將50000mg/L高濃度含酚廢水，脫酚后到達(dá)1500—3000mg/L，脫酚率達(dá)94—97％；亦可將40—20000mg/L的中、高濃度含酚廢水，脫酚后到達(dá)10—90mg/L，脫酚率達(dá)99.55—99.75％。高濃度含酚廢水經(jīng)蒸汽脫酚處理后，水中仍含有一定量的酚，為進(jìn)一步處理使廢水凈化到達(dá)循環(huán)利用的水平，在蒸汽脫酚后采用了電化學(xué)電解技術(shù)進(jìn)行深度處理。電化學(xué)電解脫酚處理可將濃度為1500—3000mg/L的含酚廢水，脫酚后達(dá)0.05—0.5mg/L，脫酚率達(dá)99．98—99.99％。經(jīng)電化學(xué)電解處理后的水清澈透明，可直接循環(huán)使用。2.萃取法(1)溶劑萃取法[5]萃取法主要是利用難溶于水的萃取劑與廢水接觸，使廢水中的酚類化合物在從水相轉(zhuǎn)移到溶劑相中，從而到達(dá)酚類物質(zhì)與水別離的目的。根據(jù)目前回收與處理含酚廢水的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)核算的結(jié)果，對(duì)于濃度高于1000mg/L的高濃度含酚廢水，采取溶液萃取工藝，不失為一種經(jīng)濟(jì)高效的處理方法。萃取法的實(shí)際應(yīng)用說(shuō)明，萃取劑及萃取設(shè)備的選定是至關(guān)重要的，這關(guān)系著廢水處理的本錢。正是以降低本錢、提高效率為目的，萃取法不斷得到開(kāi)展。溶劑萃取通常指物理萃取,根本上不涉及化學(xué)反響的物質(zhì)傳遞過(guò)程。溶劑萃取法回收含酚廢水中酚類的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是萃取劑的選擇。目前我國(guó)多采用重苯油作萃取劑,它在我國(guó)煤炭基地山西應(yīng)用很廣。其他萃取劑還有醋酸丁醋、汽油、粗苯、硝基苯、二甲苯溶劑油、焦油洗油、異丙醚、N-503等。但現(xiàn)有的萃取劑分別存在著以下主要缺點(diǎn)①萃取效能低〔如粗苯對(duì)苯酚的萃取平衡常數(shù)僅2～3,脫酚率僅為85%?！尝诙拘源?易造成二次污染如重苯油等③易乳化,別離困難如焦油洗油④來(lái)源少，價(jià)格高如〔N-503,異丙醚〕。不過(guò),N-503為國(guó)內(nèi)普遍使用的性能較為優(yōu)良的萃取劑之一。異丙醚由于具有較高的脫酚效率,受到了國(guó)內(nèi)外的重視。萃取脫酚工藝或設(shè)備是萃取脫酚的另一關(guān)鍵。萃取脫酚有很多不同工藝，如振動(dòng)萃取、脈沖萃取、離心萃取、文氏管萃取和臥式串聯(lián)萃取等。脈沖篩板萃取塔應(yīng)用技術(shù)十分成熟，如下國(guó)內(nèi)某焦化廠萃取塔脫酚工藝流程圖：圖2-1萃取脫酚處理工藝流程圖(2)絡(luò)合萃取法絡(luò)合萃取法處理工業(yè)含酚廢水技術(shù)解決了傳統(tǒng)萃取方法難以到達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，取得了重要的進(jìn)展。該項(xiàng)成果基于可逆絡(luò)合反響萃取別離有機(jī)物稀溶液的根本原理，經(jīng)過(guò)對(duì)二十余家工業(yè)含酚廢水進(jìn)行系統(tǒng)的工藝研究，開(kāi)發(fā)出混合型絡(luò)合萃取劑A—B—K及相應(yīng)的除酚工藝。絡(luò)合萃取法脫酚工藝別離因數(shù)高，操作簡(jiǎn)便,一般僅經(jīng)過(guò)2～3收錯(cuò)流接觸即可使殘液含酚小于0.5ppm。相間發(fā)生的絡(luò)合反響可以用下述簡(jiǎn)單的平衡式描述：溶質(zhì)+n絡(luò)合劑→絡(luò)合物3.吸附法利用一些多孔吸附劑較高的比外表積表現(xiàn)出的較強(qiáng)的吸附性能將廢水中的酚類物質(zhì)吸附，吸附劑吸附飽和后可再生使用，酚類物質(zhì)也可以回收利用。常用的吸附劑主要有活性炭、磺化煤、大孔吸附樹(shù)脂及有機(jī)合成吸附劑等。此種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、凈化效率高、吸附量大及吸附選擇性高等?；钚蕴课诫m然吸附量大，但再生困難，因而其使用逐漸不為人們看好。磺化煤的吸附容量較小，處理后廢水中含酚量遠(yuǎn)達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)行二級(jí)處理。所以活性炭和磺化煤在處理高濃度含酚廢水時(shí)受到了一定的限制。(1)交換樹(shù)脂吸附法由于苯酚是酸性化合物，因此可以用離子交換技術(shù)將其從廢水中除去，一般含量為100～600mg/L的含酚廢水均可經(jīng)濟(jì)地用陰離子交換樹(shù)脂進(jìn)行回收，并同時(shí)到達(dá)凈化水質(zhì)的目的。離子交換樹(shù)脂除酚的效果與離子交換樹(shù)脂的形式、所含的官能團(tuán)、樹(shù)脂吸附的穩(wěn)定性及pH值等均有關(guān)系。大孔樹(shù)脂較其它兩種吸附劑有明顯的優(yōu)勢(shì)，由于大孔樹(shù)脂是內(nèi)部呈交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子珠狀體，具有優(yōu)良的孔結(jié)構(gòu)和很大的比外表積，并具有良好的疏水性。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，一些大孔樹(shù)脂對(duì)水中酚類物質(zhì)的吸附量與活性炭相當(dāng)，它對(duì)廢水中的酚類物質(zhì)吸附可逆性好，對(duì)廢水中酚的吸附率可達(dá)95％～99％，酚類脫附回收率達(dá)95％以上?？捎肗aCl-NaOH再生，解吸率近100％，可反復(fù)使用1000次以上，且可回收酚類物質(zhì)。經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)超過(guò)其它傳統(tǒng)的除酚方法。樹(shù)脂吸附雖不失為凈化酚類組成較簡(jiǎn)單、含量較低的廢水的有效手段，但由于根底研究尚不成熟，吸附脫酚機(jī)理尚不太明確，仍需進(jìn)一步研究和探索。最為主要的是其價(jià)格較為昂貴，難以廣泛使用。(2)活性炭吸附法活性炭纖維(ACF)與傳統(tǒng)的顆粒狀活性炭相比，炭含量高、比外表積大、微孔興旺、孔徑分布窄、吸附速度快、吸附能力強(qiáng)和再生容易等特點(diǎn)，兼有纖維的外形和特性。ACF外表含有多種基團(tuán)，對(duì)含硫、磷和氧等元素的有機(jī)物有特別的吸附能力。苯酚既含有羥基，從理論上分析，活性炭纖維對(duì)苯酚具有良好的吸附性。有人采用活性炭纖維處理苯酚模擬廢水結(jié)果說(shuō)明，活性炭纖維對(duì)苯酚的吸附容量為275.1mg/g，吸附飽和的活性炭纖維用10％的氫氧化鈉溶液再生，重復(fù)使用3次，吸附效率無(wú)明顯變化。ACF雖價(jià)格高，但吸附容量大，吸附劑再生速度快，循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，用量小，處理設(shè)備體積小。而且用10％氫氧化鈉溶液再生，苯酚再生回收率可達(dá)69.3％。活性炭適用于處理較低濃度的含酚廢水，對(duì)于芳香族、非極性、高分子物質(zhì)尤為有效?；钚蕴刻幚淼呐欧潘蟹雍靠伞?mg/L?；钚蕴繌膹U水中脫酚的能力是一定的,最后到達(dá)飽和。從活性炭上脫酚是用化學(xué)再生法回收濃縮酚。在處理含酚廢水時(shí)，一般都用顆粒狀活性炭。吸附容器可設(shè)計(jì)為壓力流式或重力流式，可以在錯(cuò)流或逆流情況下操作?；钚蕴课侥芰υ?.09～0.4克酚/克活性炭之間變化。在確定采用活性炭作為酚類吸附劑之前。一般應(yīng)進(jìn)行以下試驗(yàn)活性炭是否能夠使排放液到達(dá)規(guī)定的含酚濃度何種活性炭形式最為適宜是否要調(diào)節(jié)PH；估計(jì)活性炭用量和滯留時(shí)間在吸附力消耗循環(huán)過(guò)程中所產(chǎn)生的水流特征以及采用何種再生方法。因此，是很有使用價(jià)值與開(kāi)展前途的水處理吸附劑。吸附法是利用吸附劑的多孔性質(zhì)將廢水中的酚類物質(zhì)吸附,吸附飽和后,再利用堿液、蒸汽或有機(jī)溶劑進(jìn)行解吸脫附。由于“吸附〞是用多孔固體從整體中進(jìn)行選擇別離特定組分，因此不同的脫酚吸附劑一般情況下只對(duì)特定種類簡(jiǎn)單組成的含酚廢水有較好的吸附行為,對(duì)于組成較為復(fù)雜的焦化原始含酚廢水的處理尚未見(jiàn)報(bào)道。該法一般只用于廢水排放前的處理。要使吸附脫酚法較為廣泛地應(yīng)用,吸附劑需具備以下特點(diǎn)：吸附容量大，價(jià)格廉價(jià);容易解吸和再生;對(duì)不同酚類均具有較好的選擇性。4.膜別離技術(shù)(1)液膜別離技術(shù)[6-7]液膜別離技術(shù)和溶劑萃取過(guò)程相似，也是由萃取與反萃取兩個(gè)過(guò)程構(gòu)成的。但是在液膜別離過(guò)程中，萃取與反萃取是同時(shí)進(jìn)行，一步完成的。其傳質(zhì)速率明顯提高，甚至可以實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)從低濃度向高濃度的傳遞。使別離過(guò)程所需級(jí)數(shù)明顯減少，大大節(jié)省了萃取劑的消耗量。液膜處理過(guò)程:制乳→萃取→破乳反響原理方程:C6H5OH+NaOH=C6H5Na+H2O(2)蒸餾技術(shù)膜蒸餾是60年代出現(xiàn)的一種新型膜別離技術(shù)。當(dāng)時(shí)由于受到膜材料及技術(shù)上的限制,蒸餾通量非常有限,一般僅lkg/m2h左右。進(jìn)入80年代以來(lái)，由于高分子材料及制膜工業(yè)的迅速開(kāi)展,可以獲得空隙率達(dá)80％,而膜厚僅50μm的膜,同時(shí)由于對(duì)膜蒸餾機(jī)理模型更加深入的了解,人們對(duì)膜別離技術(shù)的興趣越來(lái)越大。張風(fēng)君等采用聚氟乙烯中空纖維膜,對(duì)含酚廢水進(jìn)行膜蒸餾處理回收,該方法可適用于不同濃度的含酚廢水的處理，在選定的條件下,可使污水中的酚降至50μg/μm以下,以2％的NaOH溶液為吸收液,采用CO2氣流處理NaOH吸收液，既可得到結(jié)晶苯酚。5.高級(jí)氧化處理技術(shù)高級(jí)氧化處理技術(shù)可分為以下幾種:化學(xué)氧化法、濕式氧化法、光催化氧化法、電催化氧化法、超聲波化學(xué)氧化法、超臨界水氧化法、燃燒法。6.含酚廢水的生化處理法生化法是目前應(yīng)用較普遍的含酚廢水處理技術(shù)。生化法主要是利用微生物的新陳代謝作用，降解水中的酚類化合物，將其轉(zhuǎn)化為無(wú)楓物以實(shí)現(xiàn)無(wú)害化的目的。生物法中主要以活性污泥法的處理效果較好。生化法具有應(yīng)用范圍廣、處理能力大、設(shè)備簡(jiǎn)單和比擬經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。生化法處理受廢水的pH值及酚含量等因素影響很大，操作條件要求較嚴(yán)格，且酚類物質(zhì)不能回收。(1)活性污泥法該法將空氣連續(xù)鼓入曝氣池的污水中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，水中即形成繁殖有巨量好氧性微生物的絮凝體——活性污泥，活性污泥能夠吸附水中的酚類物質(zhì)，生活在活性污泥上的微生物以酚類物質(zhì)為食料進(jìn)行新陳代謝，獲得能量并不斷生長(zhǎng)繁殖，酚類物質(zhì)被去除，廢水得以凈化。苯酚是一種生物毒性物質(zhì)，既使在低濃度下對(duì)人體及微生物也有毒害作用，由于許多好氧菌及微生物可利用苯酚作為生長(zhǎng)的碳源，因此活性污泥法是常用的除酚方法。但該法同時(shí)也存在運(yùn)行管理要求高、對(duì)毒物承受能力低、不適應(yīng)沖擊負(fù)荷、曝氣池容積負(fù)荷低、污泥產(chǎn)生量大等缺乏之處，對(duì)組成復(fù)雜、濃度較高的含酚廢水處理效果不理想。因此，近年來(lái)在常規(guī)活性污泥根底上做了一些改進(jìn)。除投加活性炭的改進(jìn)工藝外，還有利用形成生物鐵絮凝體的生物鐵法，以及近年來(lái)開(kāi)發(fā)的膜別離活性污泥法，這些改進(jìn)工藝的處理效果均優(yōu)于常規(guī)活性污泥法。(2)生物流化床法近年來(lái)，生物流化床在含酚廢水的處理方面已呈現(xiàn)良好的開(kāi)展前景。生物流化床以砂、焦炭、活性炭一類的顆粒材料為載體，水流由下向上流動(dòng)，使載體處于流化狀態(tài)。在載體外表生長(zhǎng)、附著生物膜，由于載體顆粒小，總外表積大，因此具有較大的生物量。由于載體處于流化狀態(tài)，污水從其下部、左、右側(cè)流過(guò)，廣泛地和載體上的生物膜相接觸，從而強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程，并且由于載體不停地流動(dòng)，能夠有效地防止其被生物膜所堵塞。生物流化床法可使反響器內(nèi)生物膜保持高密度狀態(tài)，在向反響器內(nèi)曝氣的同時(shí)使空氣和生物膜保持良好的接觸，從而提高處理效率。該法兼具活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今一種污水生物處理新技術(shù)。綜上所述，生物流化床具有BOD容積負(fù)荷高、處理效果好、效率高、占地少以及投資省等優(yōu)點(diǎn)。在生物流化床法中出現(xiàn)的三相流化床生物反響器是將生物技術(shù)、化工技術(shù)及水處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種新型生化處理裝置。它的特點(diǎn)是反響器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流體混合性能良好、低剪切、生物濃度高、傳熱、傳質(zhì)效果好．加生物膜顆粒的劇烈運(yùn)動(dòng)及碰撞，生物膜外表不斷更新，因而具有單位體積負(fù)荷大、反響時(shí)間短、處理能力大、運(yùn)行本錢低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。該裝置可在節(jié)省曝氣池、減少占地面積、降低設(shè)備制作與運(yùn)行費(fèi)用、節(jié)能的根底上，在高負(fù)荷條件下處理大量的含酚廢水，并且絲狀菌在此系統(tǒng)中不易交聯(lián)成團(tuán)，從而防止產(chǎn)生污泥膨脹和絲狀菌堵塞的現(xiàn)象。(3)酶制劑處理法酶是一種高效專一的生物催化劑，自20世紀(jì)80年代起，開(kāi)始了將酶制劑技術(shù)應(yīng)用于廢水處理的研究。例如用辣根酶加過(guò)氧化氫處理含酚330mg/L廢水，酚去除率可達(dá)97％～99％；用酪氨酸酶可以使苯酚得到100％的降解。水溶性酶屬一次性消耗,導(dǎo)致處理本錢高。為降低本錢、提高酶活性,酶的固定化技術(shù)將是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。(4)固定化細(xì)胞技術(shù)普通活性污泥法中微生物易流失、細(xì)胞對(duì)毒物的承受能力低。近十幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了將固定化細(xì)胞技術(shù)用于廢水處理的探索研究。2000年朱柱等用紅磚碎粒為載體固定脫酚菌,脫酚菌經(jīng)固定后,反響速率增大,降解酚的能力大大增強(qiáng)。2000年KaiChleeLon等用Pseudomonasputida美國(guó)型技術(shù)49451構(gòu)造的固相細(xì)胞膜反響器處理酚,可使?jié)舛雀哌_(dá)2000～3500mg/L的酚完全降解。對(duì)于高濃度的含酚廢水來(lái)說(shuō)，生物法的處理效果不是很好，但是隨著生物新技術(shù)的開(kāi)展，近來(lái)用生物法處理高濃度含酚廢水也有一些報(bào)道。應(yīng)用包埋法固定化微生物技術(shù)處理廢水是廢水處理的新技術(shù)。經(jīng)固定化酶和固定化微生物普遍比未固定化的微生物性能好，穩(wěn)定、降解有機(jī)物能力強(qiáng)、耐毒、抗雜菌，耐沖擊負(fù)荷。應(yīng)用包埋微生物法處理含酚廢水，國(guó)內(nèi)外資料已有一些報(bào)道。作為細(xì)菌的來(lái)源，多采用活性污泥培養(yǎng)馴化的方法而獲得。有人用PVA(聚已烯醇)作包埋材料，加其他添加劑作混合載體。直接對(duì)土壤中微生物進(jìn)行馴化包埋，用于處理中、高濃度含酚廢水，同樣獲得滿意的解酚效果。通過(guò)大量條件實(shí)驗(yàn)，得出了包埋法固定土壤中微生物處理含酚廢水的適宜條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅可用于含酚工業(yè)廢水的治理，對(duì)其他工業(yè)廢水的治理研究也具有指導(dǎo)意義。7.綜述總結(jié)〔1〕氣提及蒸餾氣提法[8]：此種方法可回收酚，效率高、操作簡(jiǎn)單，但對(duì)不揮發(fā)性酚不能使用。〔2〕溶劑萃取法：此法具有操作范圍廣、容易再生、處理效果好等特點(diǎn),是一個(gè)具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、高效、可靠的新技術(shù)。〔3〕吸附法：此種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、凈化效率高、吸附量大及吸附選擇性高等?；钚蕴课诫m然吸附量大，但再生困難，因而其使用逐漸不為人們看好?；腔旱奈饺萘枯^小，處理后廢水中含酚量遠(yuǎn)達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)行二級(jí)處理。所以活性炭和磺化煤在處理高濃度含酚廢水時(shí)受到了一定的限制?！?〕液膜法：與一般方法相比，液膜法處理含酚廢水具有簡(jiǎn)便快速、技術(shù)先進(jìn)且較經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。液膜的穩(wěn)定性、破乳、溶脹等問(wèn)題在理論上己根本解決，并出現(xiàn)了較好的提取、破乳裝置，因此，液膜法的工業(yè)化普及應(yīng)用是值得提倡的。〔5〕氧化技術(shù)：此技術(shù)可在較短時(shí)間內(nèi)將有機(jī)物氧化降解為CO2、H2O及其他低分子無(wú)機(jī)化合物,去除效率高,氧化速度快,無(wú)二次污染,同時(shí)也防止了采用生物法處理時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn),今后仍將是研究的熱點(diǎn)?！?〕生化法：生化法處理量大、處理本錢低、無(wú)二次污染,且其硬件設(shè)施和工藝流程均較成熟。可以預(yù)見(jiàn)在今后較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi),生化法仍將是含酚廢水處理的主要方法。旨在提高生化處理效率的生物處理新工藝、新技術(shù)及生化預(yù)處理技術(shù)的研究將是一個(gè)重要的開(kāi)展方向。綜上所述，含酚廢水濃度不同處理方法也不相同。通常將質(zhì)量濃度高于1000mg/L的含酚廢水。稱為高濃度含酚廢水。而焦化廠、煤氣廠、石油化工廠排出的廢水中常含有較高濃度的酚，處理這種高濃度的廢水，常用的方法為溶劑萃取法。萃取法主要是利用難溶于水的萃取劑與廢水接觸，使廢水中的酚類化合物在從水相轉(zhuǎn)移到溶劑相中，從而到達(dá)酚類物質(zhì)與水別離的目的。根據(jù)目前回收與處理含酚廢水的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)核算的結(jié)果，對(duì)于濃度高于1000mg/L的高濃度含酚廢水，采取溶液萃取工藝，不失為一種經(jīng)濟(jì)高效的處理方法。因此本次設(shè)計(jì)150萬(wàn)噸焦化廠溶劑萃取脫酚車間初步設(shè)計(jì)，將采用溶劑萃取脫酚的方法進(jìn)行處理。2.1.3工藝參數(shù)設(shè)計(jì)水量、水質(zhì)：含酚廢水處理量：100m3/h；含酚量：2100mg/L；水油體積比：8:1；脫酚效率：90%；萃取溫度：50℃；進(jìn)入萃取塔的酚水pH值:5-8.4；酚塔塔頂[9]：壓力0.01MPa,溫度205℃；酚塔塔釜：壓力0.03MPa,溫度205℃；脫酚后廢水含酚量：≤200mg/L2.2工藝設(shè)備論證2.2.1萃取塔設(shè)備的選擇目前在含酚廢水處理中常用的萃取設(shè)備有填料塔、篩板塔、往復(fù)篩板塔、脈沖填料塔、轉(zhuǎn)盤塔以及離心萃取機(jī)等。1.填料塔填料塔使用比擬早，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力大；持液量小、別離效率高；缺點(diǎn)：填料易堵塞、塔體積過(guò)大。填料塔處理能力比篩板塔低，固本設(shè)計(jì)不采用此類型塔。填料塔2.往復(fù)篩板塔萃取效率高，穩(wěn)定性好，周期短；溶劑使用量少；能實(shí)現(xiàn)連續(xù)萃取，處理量大，萃取效率和萃取質(zhì)量較高。同時(shí)，可采用自動(dòng)化手段控制溶劑和物料的進(jìn)料流量與流量比以及塔內(nèi)液-液兩相的分界面位置，實(shí)現(xiàn)萃取全過(guò)程穩(wěn)定的自動(dòng)化生產(chǎn)，降低了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，整個(gè)過(guò)程操作靈活方便，適用性廣。往復(fù)篩板塔3.轉(zhuǎn)盤萃取塔轉(zhuǎn)盤萃取塔塔體積小，與篩板塔相比，設(shè)備消耗的材料少，處理費(fèi)用低，但轉(zhuǎn)盤萃取塔適合用于處理小流量酚水。轉(zhuǎn)盤萃取塔4.脈沖篩板塔脈沖篩板塔與填料塔的不同在于用篩板來(lái)代替填料，這樣可以減少塔的體積，克服填料溶劑堵塞的弊病。同時(shí)利用脈沖設(shè)備將物料充分的混合，提高脫酚效率。脈沖篩板塔根據(jù)以上幾個(gè)塔的比照，本設(shè)計(jì)采用脈沖篩板塔對(duì)含酚廢水進(jìn)行溶劑萃取脫酚。2.2.2再生塔設(shè)備的選擇萃取后的萃取相需經(jīng)再生，將萃取物別離后，萃取劑繼續(xù)使用。常用的再生方法有：蒸餾法和結(jié)晶法，蒸餾法屬于物理法，而結(jié)晶那么屬于化學(xué)法。蒸餾法：當(dāng)萃取相中各組分沸點(diǎn)相差較大時(shí)，最宜采用蒸餾法別離。例如，用乙酸丁酯萃取廢水中的單酚時(shí)，溶劑沸點(diǎn)為116℃，而單酚沸點(diǎn)為181～202.5℃，相差較大，可用蒸餾法別離。在此萃取劑二異丙基醚(68.5℃)和酚〔182℃〕沸點(diǎn)相差很大適合用蒸餾法再生萃取劑。根據(jù)別離目的，可采用精餾再生。1.精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求(1)生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會(huì)產(chǎn)生液泛等不正常流動(dòng)。

(2)效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。(3)流體阻力?。毫黧w通過(guò)塔設(shè)備時(shí)阻力降小，可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用，在減壓操作時(shí)，易于到達(dá)所要求的真空度。

(4)有一定的操作彈性：當(dāng)氣液相流速有一定波動(dòng)時(shí)，兩相均能維持正常的流動(dòng)，而且不會(huì)使效率發(fā)生較大的變化。

(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，安裝檢修方便。

(6)能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。依據(jù)要求可采用篩板塔進(jìn)行再生。2.3萃取劑的性能及其選擇依據(jù)萃取法的實(shí)際應(yīng)用說(shuō)明，萃取劑及萃取設(shè)備的選定是至關(guān)重要的，這關(guān)系著廢水處理的本錢。正是以降低本錢、提高效率為目的，萃取法不斷得到開(kāi)展。2.3.1萃取劑的性能萃取劑好壞主要取決于分配系數(shù)的上下，兩相間的分配系數(shù)K表達(dá)式：∵K=/∴=K—溶質(zhì)在萃取劑中的平衡濃度；—溶質(zhì)的原溶液中的平衡濃度K又代表萃取操作平衡曲線的斜率，K越大，萃取能力越大。2.3.2萃取劑選擇條件表2—1各種脫酚劑的性能序號(hào)名稱分配系數(shù)相對(duì)密度餾程℃使用說(shuō)明1重苯溶劑油2.470.885140～190不易乳化、油水分層快、萃取效率＞90%、但對(duì)水質(zhì)易造成二次污染2二甲苯溶劑油2～30.845130～153乳化不嚴(yán)重、油水易別離、但毒性較大、對(duì)水質(zhì)造成二次污染3粗苯2～30.875～0.880180℃前餾出量＞93%油水易別離、萃取效率>90%、易揮發(fā)、損失高4洗油14～161.03～1.07230～300價(jià)廉易再生、操作平安、但乳化嚴(yán)重不易別離5精苯油2～30.870165～200不易乳化、油水分層快、萃取率＞90%、但價(jià)格較高65%N-503[10]+95%煤油8～100.804～0.809煤油:180～290N503:155±5萃取率高、損耗低、操作穩(wěn)定、脫酚效率＞90%，但價(jià)格較貴7二異丙基醚[11-12]200.72668.5萃取效率>90%、不易乳化、分配系數(shù)較高、回收溶劑的費(fèi)用較低1.溶劑選擇性系數(shù)β=Kxar/xae小于或大于1均可，但又取決于K值，K值越大別離效果越好；2.溶劑回收應(yīng)容易，一般在萃取器上部引出后到精餾再生塔與過(guò)熱蒸汽接觸使酚與萃取劑別離；3.溶劑的物理性質(zhì)應(yīng)與被萃取物質(zhì)的密度間有足夠的差異。要求：溶劑不易乳化、在水中溶解度小、蒸汽壓低、毒性小、著火點(diǎn)高、易于再生、腐蝕性??；4.溶劑的化學(xué)性質(zhì)要求有化學(xué)穩(wěn)定性，完全不與被別離的化學(xué)介質(zhì)起化學(xué)反響，且有熱穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)比照本設(shè)計(jì)采用二異丙基醚作為萃取劑。2.4工藝流程在含酚廢水中參加萃取劑，使酚溶入萃取劑。含酚溶劑用蒸餾再生，酚以的單質(zhì)的形式回收，蒸餾出的溶劑循環(huán)使用。工藝流程如以下圖：圖2—4工藝流程

將高濃度含酚廢水流入氨水池均化，池底的焦化類物質(zhì)定期抽出。高濃度含酚廢水經(jīng)焦碳過(guò)濾器除油，使出水符合進(jìn)生化處理裝置的要求。吸附油的焦碳定期用蒸汽吹脫。除油后的含酚廢水經(jīng)冷卻器冷卻至55～65℃進(jìn)入萃取塔上部。萃取劑選用二異丙基醚，由循環(huán)油泵打入萃取塔底部。溶劑油與高濃度含酚廢水在萃取塔中逆流接觸，絕大局部酚轉(zhuǎn)移至溶劑油中，溶劑油由萃取塔頂溢流進(jìn)入精餾塔，萃取劑遇熱后變?yōu)橛驼羝伤斠绯龊筮M(jìn)入循環(huán)油槽，循環(huán)使用。塔底流出的粗酚進(jìn)入精酚工段。萃取后的含酚廢水由萃取塔排出，經(jīng)蒸氨脫除局部氨，再與其它廢水混合，進(jìn)入隔油池除油，然后經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后，進(jìn)入生化處理流程。2.5影響萃取效率的因素2.5.1油水體積比油水比大就相當(dāng)于增大萃取劑的比重，理論上說(shuō)油水比越大，分配系數(shù)與酚的去除率越高，萃取效果越好，但油水比增大的同時(shí)，萃取劑的循環(huán)量會(huì)也隨著增大，本錢也隨之增加。所以從多方面考慮油水比也不是越大越好。2.5.2萃取溫度溫度對(duì)萃取與再生過(guò)程都有重要影響。一般說(shuō)來(lái)，萃取時(shí)的溫度高些較好，可以加快溶液中分子的運(yùn)動(dòng)速率，有利于破乳，有利于萃取劑與水別離，還能加速水和油的傳質(zhì)過(guò)程。但溫度過(guò)高，萃取劑在水中的溶解度增大，而隨水帶走的損失量增加，溫度過(guò)高，還易產(chǎn)生液泛反而影響效率。特別要提到的是，當(dāng)溫度超過(guò)60℃時(shí)，溶液中的酚類會(huì)揮發(fā)，造成生產(chǎn)過(guò)程的失控。2.5.3廢水的pH值由于酚只能在酸性或中性條件下穩(wěn)定存在，所以含酚廢水一般呈酸性或中性。根據(jù)酚的性質(zhì)，如果溶液偏堿，酚將以酚鹽形式存在，其結(jié)果只有很少量的酚與有機(jī)堿絡(luò)合反響，從而不利于酚的絡(luò)合萃取，而如果溶液酸度過(guò)高，有機(jī)堿參加的大局部又與無(wú)機(jī)酸反響，同樣不利于酚的絡(luò)合萃取。因此，溶液pH值也有其適當(dāng)?shù)姆秶?.5.4萃取混合時(shí)的震蕩頻率(攪拌強(qiáng)度)為了讓萃取劑和含酚廢水能充分混合。要對(duì)溶液進(jìn)行攪拌，而攪拌強(qiáng)度和振幅及頻率有關(guān)，振幅過(guò)小，分散不好，脫酚效率下降；振幅過(guò)大，那么影響輕相上升，使生產(chǎn)能力降低。第3章工藝詳述3.1工藝原理a〕萃取原理[13]：液液萃取是別離液體混和物的一種方法，假設(shè)一溶液內(nèi)含有A、B兩組，為將其別離，可使用溶劑C參加到溶液中利用液體混和物各組份在溶液C中溶解度的差異而實(shí)現(xiàn)別離，所使用溶劑必須滿足以下兩個(gè)根本要求：a、溶劑不能被別離混合物完全互溶，只能局部溶解。b、溶劑對(duì)A、B兩組分有一定的溶解能力。這樣將一定量溶劑參加到被別離混和物中使其形成兩個(gè)液相，然后加以攪伴，將一個(gè)液相以小滴的形式分散于另一液相中，形成很大的相接觸面，給物質(zhì)傳遞創(chuàng)造良好的條件，兩液相因密度差而自行沉降分層，溶劑中出現(xiàn)了C和B兩種物質(zhì)稱為萃取相，被別離混和物中出現(xiàn)了溶劑，稱萃余相。b)精餾原理：精餾是別離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。精餾過(guò)程在能量計(jì)的驅(qū)動(dòng)下，使氣、液兩相屢次直接接觸和別離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移。實(shí)現(xiàn)原料混合物中各組成別離，該過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)傳熱的過(guò)程。3.2工藝流程圖3—1萃取脫酚的工藝流程由回收車間來(lái)的剩余氨水及焦油車間來(lái)的含酚廢水用泵連續(xù)送入三臺(tái)串聯(lián)的原料氨水槽，氨水靜止、澄清，沉淀出焦油，定期抽入焦油槽。氨水用泵送加熱冷卻器，溫度由70～75℃降至50～55℃后進(jìn)入萃取塔頂局部布器。萃取劑〔二異丙基醚，簡(jiǎn)稱油〕自循環(huán)油槽經(jīng)預(yù)熱器加熱到40～45℃后進(jìn)入萃取塔底局部布器。油同氨水由于比重不同在塔內(nèi)逆流流動(dòng)，在塔內(nèi)帶孔葉片〔即篩板〕的上下往復(fù)振動(dòng)下，油〔分散相〕被分散成極小的顆?！瞕=0.5～3mm)后緩慢上升，氨水〔連續(xù)相〕那么緩慢下降。由于酚在油中的溶解度比在水中的大，水中的酚即擴(kuò)散到油中去。萃取脫酚后的氨水在塔下部澄清段澄清后，經(jīng)控制別離器分出被夾帶的油后進(jìn)入氨水中間槽。在此用氨水泵連續(xù)送去蒸氨。控制別離器上部積存的油定期放入地下放空槽，在進(jìn)入循環(huán)油槽內(nèi)加以回收。萃取了酚的油在萃取塔頂部澄清段澄清后，進(jìn)入精餾塔。油從精餾塔底部緩慢上升，利用精餾原理將萃取物中的酚和二異丙基醚別離。精餾再生后的油從精餾塔頂部流入循環(huán)油槽供循環(huán)使用。流出物經(jīng)冷凝冷卻后進(jìn)入油水別離器，別離水進(jìn)入低位混合槽作為酚水處理，別離出來(lái)的油返回循環(huán)槽，釜底殘?jiān)ㄆ谕ㄟ^(guò)揚(yáng)液槽，再利用焦油車定期送至冷凝鼓風(fēng)工段。萃取塔內(nèi)兩相界面處聚集的乳化物定期排放至乳化物槽，并在其中離心破乳、澄清別離，別離水放入低位混合槽，脫水的油送再生釜復(fù)蒸。為了接收脫酚氨水控制別離器放出的油，管道系統(tǒng)的放空液以及循環(huán)油槽底部放出的粗酚等，設(shè)有地下放空槽。用液下泵定期將槽內(nèi)的液體送往乳化物槽、循環(huán)油槽和再生塔。萃取過(guò)程中生成的乳化物送乳化物沉淀槽，澄清后送再生塔處理，油流入循環(huán)油槽。3.3溶劑脫酚的操作制度表3—1溶劑脫酚的操作制度工程單位指標(biāo)工程單位指標(biāo)進(jìn)萃取塔的氨水含酚量mg/L2100mg/L進(jìn)萃取塔的油溫度℃40～45脫酚后廢水含酚量mg/L<200萃取塔內(nèi)相界面控制在萃取段脫酚效率%90精餾塔塔底溫度℃180[14]相比〔水：油〕8:1壓力kPa115.1進(jìn)入萃取塔的酚水pH值5～8.4精餾塔塔頂溫度℃70進(jìn)萃取塔的氨水溫度℃50～55壓力kPa105.3第4章工藝計(jì)算4.1產(chǎn)品產(chǎn)量及原料消耗4.1.1根底數(shù)據(jù)混合氨水處理量100米3/時(shí)其中〔1〕酚水量35米3/時(shí)〔包括由鼓風(fēng)冷凝工段來(lái)的未分解水和煤中水分)〔2〕終冷水1.330米3/時(shí)〔3〕粗苯別離水1.219米3/時(shí)〔4〕焦油蒸餾工段酚水0.362米3/時(shí)=0.276噸/時(shí)≈0.276米3/時(shí)焦油蒸餾工段別離水0.439米3/時(shí)=0.329噸/時(shí)≈0.329米3/時(shí)合計(jì)38.154噸/時(shí)考慮到裝入煤水分波動(dòng)及操作中的事故排水，酚水量按100米3/時(shí)計(jì)?；旌习彼?100毫克/升脫酚后廢水含揮發(fā)酚200毫克/升酚效率90%異丙醚溶劑油耗量0.1千克/米3氨水油水比1：8異丙醚溶劑油比重0.73噸/米34.1.2異丙醚溶劑油耗量在溶劑萃取脫酚工段中，要用異丙醚溶劑油來(lái)萃取含酚廢水中的酚，本工段每年需要的溶劑油量為：=4千克/時(shí)=35.04噸/年4.2脈沖萃取塔參數(shù)計(jì)算[15]4.2.1塔板數(shù)1.操作線方程〔4-1〕Y1、Y2—酚在溶劑油中最初和最終濃度〔mg/L〕；X1、X2—酚在水中最初和最終濃度〔mg/L〕；G、W—水和油的重量〔mg〕2．理論板數(shù)根據(jù)以往的理論計(jì)算和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在平衡曲線上作理論塔板層數(shù)，假設(shè)按G/W=1并以X2小于或等于200毫克/升為限，那么重苯溶劑油的理論板數(shù)為4層，在此條件下操作較為有利。取板效率小于20%，實(shí)際塔板選用21-26層即足夠，我選取了24塊塔板來(lái)處理100米3/時(shí)的含酚廢水。4.2.2篩板結(jié)構(gòu)參數(shù)1.振幅與頻率偏心軸的作用是帶動(dòng)篩板進(jìn)行振動(dòng)，它振動(dòng)的振幅和頻率直接影響萃取效率。所設(shè)計(jì)的萃取塔偏心軸轉(zhuǎn)數(shù)為320次/分，它的運(yùn)動(dòng)頻率f計(jì)算式為次/分振幅S的計(jì)算式為：〔米〕〔4-2〕一般操作運(yùn)動(dòng)速度為板底最低運(yùn)動(dòng)速度〔〕的2～4倍。由以下兩式可求：〔4-3〕〔4-4〕、—水與油的體積流量，米3/時(shí)將公式〔4-3〕繪成曲線，如圖當(dāng)油水比取1:8時(shí)，由曲線估算得將代入式〔4-4〕得米/時(shí)那么可計(jì)算求得振幅為〔2～4〕=0.00207～0.00415米根據(jù)以上論證，選用振幅為5毫米的萃取塔，設(shè)計(jì)S=0～5毫米〔可調(diào)〕是合理的。2.篩孔中心距篩孔中心距的計(jì)算公式如下〔4-5〕—篩孔直徑，取0.007毫米—篩板自由截面積，米2/米2，即開(kāi)孔率，取為37.4那么式〔4-5〕可變?yōu)槊坠屎Y孔中心距為0.011米。3.篩板孔徑孔徑取決于水油相的物理性質(zhì)以及焦油類物質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)的含量。操作孔徑應(yīng)小于篩板最大孔徑。的計(jì)算式為〔4-6〕—篩板厚度—水油相間界面張力—水油相密度差取=0.006米，=7達(dá)因/厘米千克/米，=270千克/米3。那么有在氨水預(yù)處理的情況下，推薦最正確孔徑為d=6mm。對(duì)于大型塔選用d=7mm，本設(shè)計(jì)篩板孔徑選6mm。4.篩板間距篩板間距一般為250～300毫米，針對(duì)設(shè)計(jì)，選取250毫米的篩板間距。4.2.3處理能力的計(jì)算1.最大處理能力對(duì)于酚的萃取，用以下試驗(yàn)公式可以計(jì)算最大處理能力。〔4-7〕、—油、水的體積流量N—相比d—篩板孔徑h—篩板間距—兩相密度差—水的動(dòng)力粘度，千克/米.時(shí)；60℃時(shí)，厘泊，1厘泊=360千克/米.時(shí)，故千克/米.時(shí)—篩板自由截面，米2/米2，即開(kāi)孔率37.4%S—篩板振幅f—篩板頻率，，取次/時(shí)—油的動(dòng)力粘度，千克/米.時(shí)；采用異丙醚溶劑油50℃時(shí)動(dòng)力粘度0.352千克/米.時(shí)—水的密度，取1000千克/米3；—水、油相界面張力，千克/時(shí)2，選用7達(dá)因/厘米1達(dá)因/厘米=10-3千克/秒2，故千克/h2將數(shù)據(jù)代入公式〔4-7〕計(jì)算得=133.03m3/m2h由于N=1:8，故2.處理能力確實(shí)定適宜處理能力是按照最大處理能力液泛負(fù)荷的60%～70%。(0.6～0.7)(0.6～0.7)×133.03=79.8～93.12米3/米2.時(shí)在油水比1:8情況下得，取米3/米2.時(shí)4.2.4塔徑的計(jì)算1.工作段塔徑工作段塔徑可按下式計(jì)算〔4-8〕將V=40米3/時(shí)，VS=80米3/米2.時(shí)代入式〔4-8〕得那么取工作段塔徑D=800毫米。2.上下沉降別離段塔徑上下沉降別離段的設(shè)置是為了使油水別離，不使出水帶油和出油帶水。關(guān)鍵在確定適宜的速度和停留時(shí)間兩個(gè)參數(shù)。鑒于上段分散相的油將連續(xù)相的水帶出較困難，同時(shí)上下別離段從結(jié)構(gòu)上盡可能一致，故按下段進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)水向下流動(dòng)時(shí)，油滴上浮的速度可用斯托克斯公式粗略計(jì)算?！?-9〕g—重力加速度，981厘米/秒2—水的動(dòng)力粘度，60℃時(shí)，厘泊=0.0048克/厘米.秒〔—油水密度差，取0.270克/厘米3—油滴的直徑，厘米；可參考表4-2數(shù)值。表4-1萃取塔別離段水中含油量與油滴直徑的關(guān)系水中含油量g/L0.20.1油滴最大直徑mm0.380.330.22在沉降別離段中，油水接觸時(shí)，假設(shè)沉降段的水速大于某一種油滴的上浮速度時(shí)，該油滴就要被帶走。一般認(rèn)為，大于0.2毫米的油滴被帶走是不正常的。故按水中含油量0.1克/升的油滴上浮速度來(lái)計(jì)算水流速度。此時(shí)油滴最大直徑為0.12毫米，計(jì)算時(shí)按0.1毫米取值即可。油滴上浮的速度為那么沉降段直徑為考慮到工作段直徑未進(jìn)行圓整，故此處塔徑取值要偏大一些，以滿足此次設(shè)計(jì)的萃取塔能夠滿足化工廠處理酚水量的上下波動(dòng)值。設(shè)計(jì)取上下沉降別離段塔徑D=3m。4.2.5塔高的計(jì)算1.操作段高度〔4-10〕在塔板層數(shù)為24，板間距為250毫米,分配器占用空間為0.5毫米的情況下，由公式〔4-10〕得米2.沉降別離段高度H的計(jì)算米3/時(shí)〔4-11〕—沉降別離段的截面積，米2—停留時(shí)間停留時(shí)間按經(jīng)驗(yàn)取30分鐘。那么公式〔4-11〕可變化為選取H=3000mm,加錐形局部共3.35米。4.2.6萃取塔軸功率萃取塔軸功率的計(jì)算公式如下〔4-12〕—瞬時(shí)功率，千克.米/秒—阻力，千克；—塔板瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)速度，米/秒。1.塔板瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)高速度此速度取決于偏心軸的角速度。當(dāng)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)到時(shí)，塔板走的路程以以下公式表示：〔4-13〕—偏心軸半徑，取0.007米，即最大半振幅；—連桿長(zhǎng)度，米。由于《，那么〔4-14〕又因〔4-15〕—軸轉(zhuǎn)數(shù)，即次/秒；—時(shí)間，秒。那么〔4-16〕〔4-17〕〔4-18〕2.阻力—運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)重量，等于塔板重量和帶有固定及對(duì)中裝置的軸重之和。浸入液體后的重量為〔4-19〕—塔板及軸的材料重度，7.85噸/米3—工作段油水混合液重度，0.865噸/米3假定=2500，那么千克—系統(tǒng)慣性力〔4-20〕—自由落體重力加速度，米/秒2—運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)加速度，米/秒2鑒于往復(fù)運(yùn)動(dòng)引起的功率變化與成比例，故為正弦曲線，選擇，即在瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)速度最大時(shí)計(jì)算瞬時(shí)最大功率。因?yàn)樗浴\(yùn)動(dòng)篩板的正面阻力—運(yùn)動(dòng)篩板數(shù)—當(dāng)液體垂直板外表沖洗篩板時(shí)的阻力系數(shù)，采用—篩板斷面，米2—開(kāi)孔率，米2/米2米2/米2〔對(duì)塔〕—篩板直徑，比小毫米取米，那么米2—液體沖洗運(yùn)動(dòng)篩板的速度，米/秒考慮到當(dāng)篩板靜止時(shí)，液體流速極小，可忽略，因此液體與篩板的相對(duì)速度即篩板運(yùn)動(dòng)速度，可寫(xiě)作，即為篩板的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)速度，米/秒。千克將數(shù)據(jù)代入公式〔4-15〕得千克.米/秒=12千瓦由機(jī)械效率計(jì)算得千瓦工業(yè)上曾以mm萃取塔作為實(shí)測(cè)，證明工業(yè)實(shí)踐與理論計(jì)算一致，誤差在以內(nèi)。4.2.7氨水溢流管萃取塔出口設(shè)置氨水溢流管是為了防止氨水虹吸抽空，同時(shí)維持相界面于一定高度。故溢流管的溢流高度應(yīng)可調(diào)。〔1〕假設(shè)水在底部被抽空，確定最低的溢流高度H1式中HX--下部沉降別離段高度，取3.35mHs--上部沉降別離段高度，取3.5mH--操作段高度，取6.3m--水的重度，取1000kg/--油的重度，取730kg/h1--溢流管之流體阻力(m水柱/m)取溢流管水速=0.6m/s,那么溢流管直徑為d=取d=1600,相應(yīng)的阻力為8mm水柱/m.〔2〕溢流管的操作高度假定操作段為二相的混合物，上部沉降段被油充滿，下部被水充滿，那么操作高度計(jì)算式為式中--工作段混合液的重度,kg/那么溢流管的最大高度假定下部沉降別離段和操作區(qū)充滿水而上部充滿油，那么溢流管最大高度按下式計(jì)算:所以4.3精餾再生塔計(jì)算[16]4.3.1精餾塔的物料衡算1.求原料液的處理量異丙醚進(jìn)料量苯酚進(jìn)料量求得原料液的處理量為〔3626+75.6〕kg/h=3703.6異丙醚的質(zhì)量分率2.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯酚的摩爾質(zhì)量MA=94kg/kmol異丙醚的摩爾質(zhì)量MB=102kg/kmolxD=xW=(0.01/102)÷(0.01/102+0.99/94〕=0.009原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量MF=0.977×102+〔1-0.977〕×94=101.82kg/kmolMD=0.995×102+〔1-0.995〕×94=101.96kg/kmolMW=0.009×102+〔1-0.009〕×94=94.07kg/kmol3.物料衡算原料處理量F=3703.6/101.82kmol/h=36.37kmol/h總物料衡算36.37=D+W苯酚物料衡算36.37×0.977=0.995D+0.009W聯(lián)立解得D=35.71kmol/hW=0.66kmol/h4.3.2塔板數(shù)確實(shí)定1.理論板層數(shù)NT的求取苯酚--異丙醚屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。(1)由手冊(cè)查得苯一甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出x～y圖如下：圖4—3苯酚—異丙醚平衡曲線圖〔2〕求最小回流比及操作回流比。采用作圖法求最小回流比。在上圖中對(duì)角線上，自點(diǎn)e〔0.219，0.219〕作垂線ef即為進(jìn)料線(q線)，該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為：yq＝0.785,xq＝0.219故最小回流比為取操作回流比為〔3〕求精餾塔的氣、液相負(fù)荷kmol/h〔4〕求操作線方程精餾段操作線方程為提餾段操作線方程為〔5〕圖解法求理論版層數(shù)：采用圖解法求理論板層數(shù)，如以下圖所示。圖4—4圖解法求理論板層數(shù)求解結(jié)果為總理論板層數(shù)進(jìn)料板位置2.實(shí)際板層數(shù)的求取精餾段實(shí)際板層數(shù)N精=3/0.52=5.8≈6提餾段實(shí)際板層數(shù)N精=4/0.52=7.7≈84.3.3精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算1.操作壓力計(jì)算

塔頂操作壓力PD＝101.3＋4=105.3kPa每層塔板壓降△P＝0.7kPa

進(jìn)料板壓力PF＝105.3＋0.7×6＝109.5kPa

精餾段平均壓力Pm＝〔105.3＋109.5〕／2＝107.4kPa塔底操作壓力PW=109.5+0.7×8=115.1kPa提餾段平均壓力Pm=(115.1+109.5)/2=112.3kPa2.操作溫度計(jì)算

依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中苯、甲苯的飽和蒸氣壓由安托尼方程[17]計(jì)算，計(jì)算過(guò)程略。計(jì)算結(jié)果如下：

塔頂溫度tD＝70℃

進(jìn)料板溫度tF＝86℃

精餾段平均溫度tm＝〔70＋86〕/2=78℃塔底溫度tw=180℃提餾段平均溫度tm＝〔86+180.4〕/2=133.2℃3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算

塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算

由xD=y1=0.955,查平衡曲線得x1=0.805MVDm=0.955×102+(1-0.955)×94=101.64kmol/hMLDm=0.805×102+(1-0.805)×94=100.44kmol/h進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算

由平衡曲線得xF=0.219，yF=0.758MVFm=0.758×102+(1-0.758)×94=100.06kmol/hMLFm=0.219×102+(1-0.219)×94=95.75kmol/h精餾段平均摩爾質(zhì)量

4.平均密度計(jì)算

〔1〕氣相平均密度計(jì)算

由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即

〔2〕液相平均密度計(jì)算

液相平均密度依下式計(jì)算，即

塔頂液相平均密度的計(jì)算

由tD＝70℃，查手冊(cè)[18]得

進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算

由tF＝86℃，查手冊(cè)得

進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率

精餾段液相平均密度為

ρLm=〔680.15+664.33〕/2=672.24kg/m3Tw＝180℃提餾段液相平均密度為5.液體平均外表張力計(jì)算

液相平均外表張力依下式計(jì)算，即

塔頂液相平均外表張力的計(jì)算

由tD＝70℃，查手冊(cè)得σA=29mN/mσB=34.5mN/m

σLDm=0.995×29+(1-0.995)×34.5=29.03mN/m

進(jìn)料板液相平均外表張力的計(jì)算

由tF＝86℃，查手冊(cè)得σA=27.4mN/mσB=33mN/m

σLFm=0.977×27.4+(1-0.977)×33=27.53mN/m

精餾段液相平均外表張力為

σLm=〔29.03+27.53〕/2=28.28mN/mTw=180℃,查手冊(cè)得σA=16.3mN/mσB=23.5mN/mσLWm=0.009×16.3+(1-0.009)×23.5=23.44mN/m提餾段液相平均外表張力為

σLm=〔27.53+23.44〕/2=25.49mN/m6.液體平均粘度計(jì)算

液相平均粘度依下式計(jì)算，即

lgμLm=Σxilgμi塔頂液相平均粘度的計(jì)算

由tD＝70℃，查手冊(cè)得

μA=0.25mPa·sμB=2.49mPa·s

lgμLDm=0.995×lg(0.25)+(1-0.995)×lg(2.49)

解出μLDm=0.253mPa·s

進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算

由tF＝86℃，查手冊(cè)得

μA=0.21mPa·sμB=1.53mPa·s

lgμLFm=0.977×lg(0.21)+(1-0.977)×lg(1.53)

解出μLFm=0.220mPa·s

精餾段液相平均粘度為

μLm=(0.253+0.220)/2=0.237mPa·stw=180℃μA=0.1mPa·sμB=0.17mPa·s

lgμLFm=0.009×lg(0.1)+(1-0.009)×lg(0.17)

解出μLWm=0.169mPa·s

提餾段液相平均粘度為

μLm=(0.169+0.220)/2=0.195mPa·s4.3.4精餾塔的塔體工藝尺寸的計(jì)算1.塔徑的計(jì)算1)、精餾段的氣、液相體積流率為由式中C由計(jì)算，其中的C20由附圖1師史密斯關(guān)聯(lián)圖查取。圖的橫坐標(biāo)為：表4—2板間距與塔徑關(guān)系塔徑DT，m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.42.4～4.0板間距HT，mm200～300250～350300～450350～600400～600根據(jù)上表，取板間距HT=0.45m,板上液層高度,那么查附圖1—1得取平安系數(shù)為0.7，那么空塔氣速為按標(biāo)準(zhǔn)塔徑園整后為塔截面積為實(shí)際空塔氣速為2)、提餾段的氣、液相體積流率為由式中C由計(jì)算，其中的C20由附圖1師史密斯關(guān)聯(lián)圖查取。圖的橫坐標(biāo)為表4—3板間距與塔徑關(guān)系塔徑DT，m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.42.4～4.0板間距HT，mm200～300250～350300～450350～600400～600根據(jù)上表，取板間距HT=0.45m,板上液層高度,那么查附圖1—1得取平安系數(shù)為0.7，那么空塔氣速為按標(biāo)準(zhǔn)塔徑園整后為塔截面積為實(shí)際空塔氣速為2.精餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度為提餾段有效高度為在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為0.8m故精餾塔的有效高度為Z=4.3.5塔板主要工藝尺寸的計(jì)算1.溢流裝置計(jì)算因塔徑D=1m,可選用單溢流堰弓形降液管，采用凹形受液盤，各項(xiàng)計(jì)算如下：〔1〕.堰長(zhǎng)取堰長(zhǎng)為〔2〕.溢流堰的高度A)、由選取平直堰，堰上液層高度，由下式計(jì)算近似取E=1，那么取上層清液層高度B)、提餾段溢流堰高度綜合精餾段和提餾段溢流堰高度hw=0.0418m〔3〕弓形降液管寬度和截面積A)、由查附圖2弓形降液管參數(shù)，得故依～5s驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即故降液管設(shè)計(jì)合理。B)、提餾段液體在降液管中停留時(shí)間故降液管設(shè)計(jì)合理。〔4〕.降液管底隙高度A)、取那么故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。B)、提餾段降液管底隙高度故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤，深度2.塔板布置〔1)塔板的分塊：因，故塔板采用分塊式。查表5-3得，塔板分為3塊?！?〕邊緣區(qū)寬度確定開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算取，〔3)由式：計(jì)算開(kāi)空區(qū)面積，其中：，；所以〔4〕篩孔計(jì)算及其排列本例所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為mm篩孔數(shù)目為n開(kāi)孔率為A)、精餾段氣體通過(guò)閥孔的氣速為B)、提餾段氣體通過(guò)篩孔的氣速4.3.6篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算1.塔板壓降〔1)干板阻力計(jì)算干板阻力由下式計(jì)算由，查附圖3干篩孔的流量系數(shù)圖，得故B)、提餾段干板阻力計(jì)算(2)氣體通過(guò)液層的阻力的計(jì)算A)、精餾段氣體通過(guò)液層的阻力由式計(jì)算查附圖4充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得故m液柱B)、提餾段氣體通過(guò)液層的阻力由式計(jì)算查附圖4充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得故m液柱(3)液體外表張力的阻力計(jì)算A)、氣體通過(guò)每層塔板的壓降為故設(shè)計(jì)允許B)、故設(shè)計(jì)允許2.液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和流量均不發(fā)，故可忽略液面落差的影響。3.液沫夾帶A)、液沫夾帶由下式計(jì)算故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶在允許范圍內(nèi)。B)、故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶在允許范圍內(nèi)。4.液漏A)、對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速，可由下式計(jì)算m/s實(shí)際孔速穩(wěn)定系數(shù)為：故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏夜。B)、m/s實(shí)際孔速穩(wěn)定系數(shù)為故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏夜。5.液泛A)、為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應(yīng)服從下式的關(guān)系苯酚—異丙醚物系屬一般物系，取，那么而板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由下式計(jì)算，即液柱所以，故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。B)、提餾段取，那么而板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由下式計(jì)算，即液柱∴,故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象4.3.7塔板負(fù)荷性能圖1.漏液線由得整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于下表：表4—4計(jì)算結(jié)果LS,m3/s0.00060.00150.00300.0045VS,m3/s0.2060.2140.2240.232由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1B)、提餾段漏液線整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于下表：表4—5計(jì)算結(jié)果LS,m3/s0.00060.00150.00300.0045VS,m3/s0.2580.2650.2800.289由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1'2.液沫夾帶線A〕、以氣為限，求關(guān)系如下：故整理得：在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于下表：表4—6計(jì)算結(jié)果0.00060.00150.00300.00451.4281.3631.2781.208由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2B)、提餾段故整理得：在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于下表：表4—7計(jì)算結(jié)果0.00060.00150.00300.00451.6081.5431.4591.389由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2'3.液相負(fù)荷下限線A)、對(duì)于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由下式計(jì)算取E=1，那么據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3。B)、提餾段液相負(fù)荷下限線3'同精餾段液相負(fù)荷下限線相同。4.液相負(fù)荷上限線A)、以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下線，由下式計(jì)算故據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。B)、提餾段液相負(fù)荷上限線4'同精餾段液相負(fù)荷上限線相同。5.液泛線A)、令由;;;連立得：忽略，將的關(guān)系式代入上式，并整理得式中帶入有關(guān)數(shù)據(jù)得故在操作范圍內(nèi)任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于下表：表4—8計(jì)算結(jié)果0.00060.00150.00300.00450.7550.7020.6560.519依表中數(shù)據(jù)作出液泛線5，在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，即可作出操作線。繪出以下圖：圖4—5精餾段操作線由圖課看出，該篩板的操作上限為液沫夾帶控制，下限為液漏控制。由圖4—5得：故操作彈性為B)、提餾段故在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于下表：表4—9計(jì)算結(jié)果0.00060.00150.00300.00451.1091.0731.0040.916依表中數(shù)據(jù)作出液泛線5'，在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn) A，連接OA，即可作出操作線。繪出以下圖：圖4—6提餾段操作線由圖可看出改篩板的操作上限為液泛控制，下限為液漏控制。由圖4-6得：故操作彈性為表4—10篩板塔精餾段設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果序號(hào)工程數(shù)值1平均溫度tm,℃782平均壓力Pm,kPa107.43氣相流量VS,(m3/s)0.5494液相流量LS,(m3/s)0.001075實(shí)際塔板數(shù)66有效段高度Z,m2.257塔徑,m1.08板間距,m0.49溢流形式單溢流10降液管形式弓形11堰長(zhǎng),m0.6612堰高,m0.041813板上液層高度,m0.0514堰上液層高度,m0.0092115降液管底隙高度,m0.020316安定區(qū)寬度,m0.1417邊緣區(qū)寬度,m0.03518開(kāi)孔區(qū)面積,m20.4919篩孔直徑，m0.00520篩孔數(shù)目251621孔中心距,m0.01522開(kāi)孔率，%10.123空塔氣速，m/s0.82624篩孔氣速，m/s11.0925穩(wěn)定系數(shù)2.4326每層塔板壓降,Pa600.127負(fù)荷上限液沫夾帶控制28負(fù)荷下限漏液控制29液沫夾帶ev,(kg液/kg氣〕0.130氣相負(fù)荷上限，m3/s1.3831氣相負(fù)荷下限，m3/s0.232操作彈性6.9表4—11篩板塔提餾段設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果序號(hào)工程數(shù)值1平均溫度tm,℃133.22平均壓力Pm,kPa112.33氣相流量VS,(m3/s)0.5434液相流量LS,(m3/s)0.00095實(shí)際塔板數(shù)86有效段高度Z,m3.157塔徑,m1.08板間距,m0.459溢流形式單溢流10降液管形式弓形11堰長(zhǎng),m0.6612堰高,m0.041813板上液層高度,m0.0514堰上液層高度,m0.0082515降液管底隙高度,m0.01716安定區(qū)寬度,m0.1417邊緣區(qū)寬度,m0.03518開(kāi)孔區(qū)面積,m20.4919篩孔直徑，m0.00520篩孔數(shù)目251621孔中心距,m0.01522開(kāi)孔率，%10.123空塔氣速，m/s0.9424篩孔氣速，m/s10.9725穩(wěn)定系數(shù)2.07226每層塔板壓降,Pa600.127負(fù)荷上限液沫夾帶控制28負(fù)荷下限漏液控制29液沫夾帶ev,(kg液/kg氣〕0.130氣相負(fù)荷上限，m3/s1.4731氣相負(fù)荷下限，m3/s0.2632操作彈性5.654.4氨水冷卻器脫酚工序?yàn)橄让摲雍笳舭绷鞒虝r(shí)，鼓風(fēng)冷凝工段送來(lái)的氨水溫度為70～75℃，萃取塔要求進(jìn)塔氨水溫度為50～55℃，故應(yīng)設(shè)置冷卻器對(duì)氨水進(jìn)行冷卻。設(shè)氨水由75℃冷卻至50℃，冷卻水由32℃被加熱到45℃，平均溫差為℃取K=200℃，那么氨水應(yīng)放出的熱量為千卡/時(shí)所需傳熱面積為米2所需冷卻取水量噸/時(shí)選用F=208.5米2一臺(tái)列管式氨水加熱冷卻器。選型：列管尺寸管心距32毫米公稱直徑800毫米管程數(shù)2個(gè)管數(shù)450個(gè)管長(zhǎng)6000毫米管程通道截面積0.0779米2中心排管數(shù)23管程流速為時(shí)的流量313米3/時(shí)公稱壓力4.0MPa那么D=0.8米，l=6.0米。4.5復(fù)蒸釜及柱4.5.1再生釜選用米3的再生釜1臺(tái)。4.5.2蒸餾柱選D=500毫米，H=4500毫米的空柱一臺(tái)。4.6